支吊架计算方案

中国建筑股份有限公司CHINASTATECONSTRUCTIONENGRG.CORP.LTD十里铺城中村二期改造K5地块机电管道支吊架体系计算方案编制人：审核人：审批人：中建二局第三建筑工程有限公司2019年4月2目录一、编制目的.....................................3二、编制原则.....................................3三、编制依据.....................................4四、管道布置分析.................................4五、管道载荷分析及支架计算.......................5六、管道承重支架受力分析及计算实例..............133一、编制目的K5商业地下室机电管道较多，为达到整体安装效果简洁美观、节省空间，根据设计要求及项目的实际情况选取适当的支吊架形式。局部位置需要综合支架，为保证系统运行安全可靠，需从管线的具体布置及荷载要求方面进行分析，对机电支吊架的强度进行校核。二、编制原则1、适用性：根据设计要求及工程的实际情况选用适合工程的支吊架形式，地下室商业局部位置需要设置综合支架，BIM图纸中已经有所体现，根据管道规格设计合理支架方案；2、安全性：计算选用的支架需合理，现场应严格按照方案实施，支架固定牢固，现场试验数据需准确；若管道型号过大，根据现场情况需请设计对结构承载力进行验证符合并签字；3、经济型：在考虑竖向支架时，首先考虑使用圆钢吊杆，在圆钢吊杆不满足承重要求时再考虑使用角钢、槽钢；4、美观性：保证所使用的支吊架成排成线，横平竖直，简单明了。5、适用于综合排布的成排管道支吊架,其它形式支吊架参考图集《室内管道支架及吊架图集》03S402以及各地方标准图集。机电管道支吊架选用除尊照本计算书外，还应满足国家现行有关规范、标准的规定。4三、编制依据1、施工图纸2、《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2016）3、五金手册（电子版）4、《热轧型钢》（GB/T706-2008）5、《室内管道支吊架》（05R417-1）6、《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3091-2008）7、《室内管道支架及吊架图集》03S4028、《动力管道设计手册》（机械工业出版社）9、《膨胀螺栓规格及性能》（JB-ZQ4763-2006）四、管道布置分析对管道进行合理的深化和布置是管道支吊架设计的前提条件。设计使用安全、经济合理、整洁美观的管道支吊架，首先需对管道进行合理的布置，布置应考虑以下参数：4.1、管道布置设计应符合各种工艺管道及系统流程的要求；4.2、管道布置应统筹规划，做到安全可靠、经济合理，满足施工、操作、维修等方面的要求，并力求整齐美观；4.3、管道宜集中成排布置，成排管道之间的净距（保温管为保温之间净距）不应小于50mm。4.4、地上的管道宜敷设在管架或管墩上，在管架、管墩上布置管道时，宜使管架或管墩所受的垂直荷载、水平荷载均衡；54.5、管道布置应使管道系统具有必要的柔性，在保证管道柔性及管道对设备、机泵管口作用力和力矩不超出过允许值的情况下，应使管道最短，组成件最少；4.6、应在管道规划的同时考虑其支承点设置，并尽量将管道布置在距可靠支撑点最近处，但管道外表面距建筑物的最小净距不应小于100mm，同时应尽量考虑利用管道的自然形状达到自行补偿；五、管道载荷分析及支架计算5.1、满水重量计算管道工程水管介质均为水，按管道满水考虑。总荷载应为水的重量，加上管道自重，如果有保温管道，需另外加上保温棉重量。现把各系统每米管道理论重量数据统计如下：表1热镀锌钢管规格及理论重量表管道规格DN15DN20DN25DN32DN40DN50DN65DN80DN100DN125DN150公称直径1520253240506580100125150外径（mm）21.326.933.742.448.360.376.188.9114.3139.7168.3壁厚（mm)2.82.83.23.53.53.844444.5内径（mm）15.721.327.335.441.352.768.180.9106.3131.7159.3保温重量（Kg/m）0.110.130.160.250.3050.41管道理论重量（Kg/m）1.33361.73732.50313.4754.0025.46397.33958.642511.228213.813818.6858水重量（Kg/m）0.19340.35570.58490.9841.3392.18013.64055.13758.869813.616219.9202满水重量（Kg/m）1.5272.0933.0884.4595.4517.77411.1413.7820.34827.73539.0166表2钢管满水规格重量表（kg/m）5.2、支吊架受力分析示意图图5.1管道支吊架布置图图5.2支架横担受力分析图管道规格DN600DN400DN350DN300DN250DN200DN150DN125DN100公称直径（mm）600400350300250200150125100实际外径(mm)630426377325273219159140114壁厚（mm）11888754.544保温层厚（mm）404040404040404040保温材料容重（Kg/m³）454545454545454545每米管道自重（Kg）167.9295.272.862.5445.9226.3917.1513.4210.85每米满管水重（Kg）290.19131.96102.3074.9552.6634.2917.6613.688.82每米保温层体积（mm3）7.91×1075.35×1074.74×1074.08×1073.43×1072.75×1071.99×1071.76×1071.43×107每米保温层重（Kg）3.562.412.131.841.541.240.900.790.64每米管道总重（Kg）461.67229.57177.23139.33100.1261.9235.7127.8920.3175.3、承重支架横担选型及校核根据所算的管道满水重量在软件上建模，利用结构力学求解器（软件使用方法见附件3：结构力学求解器操作手册）计算出支架的剪力图弯矩图和轴力图，得到支吊架最不利构件的最大弯矩、最大剪力和最大轴力大小，通过最大弯矩值选取横担型材大小。抗弯强度校核公式：fWrMWrMnyyynxxx85.05.15.1(公式1，来源03S402中4.3.4）（等边角钢Wnx与Wny数值一样）式中：Mx——所计算截面绕x轴的最大弯矩；My——所计算截面绕y轴的最大弯矩,按照0.3Mx计算；Wnx——x轴方向截面模量；Wny——y轴方向截面模量；f——钢材的抗弯强度设计值N/mm2，取值见下表3，钢结构设计手册表2-3。表3钢材强度设计值（数据来源钢结构设计手册表2-3）8截面塑性系数取下值：rx=1.05；ry=1.2（数据来源钢结构设计手册表3-20）由《钢结构设计手册》表16-5查得各型号槽钢的截面塑性模量Wnx、Wny。表4槽钢规格表（数据来源钢结构设计手册表16-5）将所选型钢大小自重按均匀荷载考虑加入到受力分析中，重新利用结构力学求解器软件进行计算，求出最大剪力、最大弯矩及最大轴力，进行校核。若满足则进行抗剪强度校核，若不满足则加大一号型钢重新进行校核。抗剪强度校验公式：vwxftIVS85.05.1（公式2，来源03S402中4.3.4）9式中：V——所计算截面所受的剪力N；S——半截面面积矩；（所计算轴以上的构件截面面积×截面中心点到中心轴的距离，槽钢可直接在表4中选取，角钢需计算得出，计算实例见附件4）Ix——毛截面惯性矩；tw——腹板厚度；fv——钢材的抗剪强度设计值。（以上各参数取值于钢结构设计手册表2-3、表16-5。当所选横担大小的抗弯强度及抗剪强度均满足要求时即为合格。5.4、承重支架竖向支架选型及校核当选用吊杆为竖向支架时：表5吊杆拉力允许值（表格来源于图集03S402）根据表5以及所计算出的最大轴力选择吊杆直径大小，加上吊杆自重后进行抗拉强度校核。吊杆净截面面积计算公式：fNAn85.05.1（公式3，来源于图集03S402）式中：An——吊杆净截面面积；N——吊杆设计拉力值；f——钢材抗拉强度设计值，取值于钢结构设计手册表2-3。10当选用型钢为竖向支架时：抗拉强度校验公式：fNA（公式4，来源钢结构设计手册表3-16）式中：A——构建截面面积；N——轴心拉力；f——钢材抗拉强度设计值，取值于钢结构设计手册表2-3。通过计算得出A的值，对照《钢结构设计手册表16-1~5》中型钢截面面积大小，选择竖向型钢支架大小。加上自重后再次进行校核。5.5、膨胀螺栓承载力校核根据上述计算得出的最大轴力以及膨胀螺栓的个数，根据表6《膨胀螺栓受力性能表》选出膨胀螺栓的大小。（埋板厚度不小于1cm）表5膨胀螺栓受力性能表（数据来源于JB-ZQ4763-2006膨胀螺栓规格及性能）5.6、固定支架计算（1）支架布置情况及受力分析固定支架承受的荷载有下列力组成：①垂直荷载，包括管道、管道附件、保温结构、管内输送介质的荷载以及在某些情况下考虑管道水压试验时水重等荷载；11②沿管道轴向的推力，包括各补偿器的反弹力之和FS，不平衡内压力（波纹补偿器或管道阀门或堵板上的流体静压力）FN，管道移动时的摩擦反力或管架变位弹力FM等；（2）竖向支架中垂直方向的力（垂直荷载）及支架型钢选择同承重支架，此时需着重计算水平方向的力（沿管道轴向的推力）及其斜支撑的选型；（3）固定支架沿轴向的推力计算由于环境空气的温度及管内介质温度对管壁的影响，造成管道本身的伸缩其伸缩量为△L，管道的热胀与冷缩在受到两个固定点的限制而不能实现时所产生应力为，其计算公式如下：)(LL12tt（公式5）ELL（公式6）式中：△L——管道伸缩量（mm）；L——计算管长（两固定点间的直线长度）（m）；——管道的线膨胀系数℃mmm/，取值于《动力管道设计手册》中表6-1；t2——管道内介质最高温度（℃）；t1——管道设计安装温度（℃）。可取0-20℃。——管材的弯曲应力（MPa）；E——管材的弹性模量（MPa），在常温状态下对碳素钢、不锈钢取MPa5102；通过△L以及计算固定支架沿管道轴向的水平推力，即：波12纹补偿器的弹力FS、不平衡内压力FN以及支架的摩擦力FM，其计算公式如下：LKFXS（公式7）式中：FS——波纹补偿器的弹性力（N）；KX——每个波的单位压缩力的弹力，即波纹补偿器的轴向刚度（N/mm）。补偿器一般为选定产品，可由厂家直接提供。若计算时没选定补偿器厂家，波纹补偿器的此参数也可以参考附表1（即《实用供热空调设计手册》第二版中表7.5-8~11）；iNPAF（公式8）式中：FN——内压不平衡力（N）；P——管道内介质工作压力（MPa），取设计给定的工作压力；Ai——轴向波纹补偿器的有效截面积（mm2），此值由生产厂家提供。若计算时没选定补偿器厂家，波纹补偿器的此参数也可以参考附表1（即《实用供热空调设计手册》第二版中表7.5-8~11）LqFM（公式9）式中：FM——摩擦力（N）；q——管道单位长度计算荷载（N/m）；L——两固定支架间的管段长度（M）；μ——摩擦系数，取0.3；根据附件2（波纹补偿器固定支架推理计算公式）选取与支架布置形式相对应的计算公式，根据公式计算每个固定支架所受到的水平13推力；（4）根据水平推力大小计算固定支架每个斜支撑所受拉力的大小，通过抗拉强度校验公式选出固定支架斜支撑的大小；（5）膨胀螺栓承载力校核，根据上述计算得出的最大轴力以及膨胀螺栓的个数，根据表6《膨胀螺栓受力性能表》选出膨胀螺栓的大小。六、管道承重支架受力分析及计算实例6.1、支架布置图现场超出图集03S402支吊架设置共计两种支